JPH10212576A - スパッタリングチャンバにおける粒状物質の発生を抑制する方法 - Google Patents

スパッタリングチャンバにおける粒状物質の発生を抑制する方法

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JPH10212576A
JPH10212576A JP9336260A JP33626097A JPH10212576A JP H10212576 A JPH10212576 A JP H10212576A JP 9336260 A JP9336260 A JP 9336260A JP 33626097 A JP33626097 A JP 33626097A JP H10212576 A JPH10212576 A JP H10212576A
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sputtering
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Kenny K Ngan
ケー． ンガン ケニー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造システムにおけるプラズマチャン
バ用ＲＦコイルをコンディショニングして、ワークピー
ス上に放出される粒状物質を低減する。 【解決手段】 記載の実施形態では、酸化物その他の汚
染物質をコイル表面から取り除くために、コイルがター
ゲットのスパッタリングに先立ってスパッタされる。そ
の結果、コイルに後に堆積されるターゲット材料からの
粒状物質の放出が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明はプラズマ発生器に関し、より詳
細には、半導体デバイスの製造において、材料層をスパ
ッタ堆積させるためにプラズマを発生させる方法と装置
に関する。
【０００２】
【発明の背景】低圧の高周波（ＲＦ）によって発生され
るプラズマは、表面処理、堆積、およびエッチングプロ
セスを含む、半導体デバイス製造の様々なプロセスで使
用可能な高エネルギーイオン(energetic ions)と活性原
子の便利な発生源となってきている。例えば、スパッタ
堆積プロセスを使用して半導体ウェーハ上に材料を堆積
させるには、負にバイアスをかけられたスパッタターゲ
ット材料の近くでプラズマを生成させる。ターゲットに
隣接して生成されるイオンは、ターゲットの表面に衝突
して、ターゲットから材料を追い出す、すなわち「スパ
ッタ」する。スパッタされた材料は、その後、半導体ウ
ェーハの表面に運ばれてそこに堆積する。
【０００３】スパッタされた材料は、基板の表面に対し
て傾斜した角度で、ターゲットから堆積される基板まで
直線経路で進む傾向がある。その結果、高いアスペクト
比（深さ対幅）を有するトレンチやホールを備える半導
体デバイスのエッチングされたトレンチやホールに、堆
積された材料が架橋して堆積層内に望ましくない空洞(c
avities)をもたらす場合がある。このような空洞を防ぐ
ために、スパッタされた材料がプラズマによって十分に
イオン化されるのであれば、基板に負のバイアスをかけ
て、垂直方向に向いた適切な電場を基板に隣接して配置
することによって、スパッタされた材料の向きをターゲ
ットと基板と間のほぼ垂直な経路に変更することができ
る。しかしながら、低密度プラズマによってスパッタさ
れた材料は、過剰な空洞数の形成を避けるには通常不十
分な１％未満のイオン化度を有していることが多い。従
って、堆積層中の望ましくない空洞の形成を減少させる
ためには、プラズマの密度を増加させてスパッタされた
材料のイオン化率を増加させることが望ましい。本明細
書で使用する場合、用語の「密なプラズマ」とは、電子
とイオンの高い密度を有するプラズマを指すものとす
る。
【０００４】容量結合、誘導結合、およびウェーブ加熱
を含め、ＲＦ電場を用いてプラズマを励起させる既知の
技術がいくつかある。標準の誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ）発生器では、プラズマを囲むコイルを流れるＲＦ電
流によってプラズマ中に電磁電流が誘導される。これら
の電流は、伝導プラズマをオーム加熱によって加熱する
ので、プラズマが定常状態に維持される。例えば、米国
特許第4,362,632号明細書に記載したように、コイルを
流れる電流は、コイルがトランスの一次巻線として働く
ように、インピーダンス整合回路を介してコイルに連結
されているＲＦ発生器によって供給される。プラズマは
トランスの単巻の二次巻線として働く。
【０００５】コイルからプラズマに結合されるエネルギ
ーを最大にするために、コイルができるだけプラズマ自
体の近傍に配置されることが望ましい。しかしながら同
時に、内部表面から放出される粒子の発生を最小にする
ことも望ましい。内部表面から放出されるこれらの粒子
は、ウェーハ自体の上に落下して製品を汚染する場合が
ある。従って、多くのスパッタリングチャンバは、ター
ゲットとウェーハを支持するペデスタルとの間のプラズ
マ発生領域を囲む通常環状のシールドを有している。シ
ールドは、比較的清掃し易い滑らかな緩い曲面を備えて
おり、真空チャンバ内部を、スパッタリング材料が堆積
しないように保護するものである。これと対照的に、コ
イルおよびコイル用の任意の支持構造体は、一般に、堆
積した材料をコイルとその支持構造体から清掃および除
去することがより難しいような比較的鋭い曲面を有する
と考えられる。更に、シールドの滑らかな緩い曲面は、
コイルとその支持構造体の鋭い曲面よりも粒子の放出が
少ない傾向があると考えられる。
【０００６】このように、一方では、コイルが堆積する
材料から保護されるように、コイルをシールドの外側に
配置すること（「プラズマ中にヘリコン波を発射するた
めの方法と装置（Method and Apparatus for Launcing
a Helicon Wave in a Plasma）」という名称の、１９９
５年１１月１５日に出願された同時係属中の特許出願第
08/559,345号明細書に記載されており、同出願は本明細
書の譲受人に譲渡され、本願明細書に援用されている）
が望ましいと考えられる。そのような構成は、コイルと
その支持構造体による粒子の発生を最小にして、チャン
バの清掃を容易にするだろう。他方では、プラズマから
の間隔あるいはシールド自体による減衰を避けるため
に、コイルをシールド内側のプラズマ発生領域にできる
だけ近く配置することによって、コイルからプラズマへ
のエネルギー移動を最大にすることが望ましい。このよ
うに、コイルからプラズマへのエネルギー移動を増加さ
せると同時に粒子の発生を最小にすることは困難だっ
た。
【０００７】
【好ましい実施態様の概要】チャンバ内でプラズマを発
生させて層をスパッタ堆積させるための、実際には上記
の制限を回避する、改良された方法と装置を提供するこ
とが本発明の目的である。
【０００８】これらおよび他の目的および利点は、本発
明の一局面によれば、ターゲットからの実質的なスパッ
タ堆積の開始に先立って汚染物質を除去するように処理
されるコイルからの電磁エネルギーを誘導的に結合する
プラズマ発生装置によって達成される。このような処理
によって、ターゲットからコイル上に堆積する堆積材料
粒子のコイルからの放出が最小になることが判明した。
その結果、コイルによって放出される粒状物質によるワ
ークピースの汚染は、低減されるだろう。
【０００９】好ましい実施例において、半導体製造シス
テム内でプラズマを付勢して材料をワークピース上にス
パッタする装置は、内部にプラズマ発生領域を有する半
導体製造チャンバ、およびチャンバに装着されるととも
にプラズマ発生領域内にエネルギーを結合するように配
置されたコイルを含んでいるであろう。その領域内で、
コイルは、ターゲットからのスパッタリングが殆どない
状態で最初にスパッタされる。コイルのこの最初のスパ
ッタリングによって、コイルの表面と、材料がターゲッ
トからワークピース上にスパッタされる際に引き続きコ
イル上に堆積する材料との間の強い結合を妨害する可能
性のある酸化物およびその他の汚染物質が除去されるも
のと考えられる。
【００１０】
【図示の実施形態の詳細な説明】まず図１〜図３につい
て説明する。本発明の実施形態によるプラズマ発生器
は、真空チャンバ１０２（図２）内に収容されているほ
ぼ円筒形のプラズマチャンバ１００を備えている。本実
施形態のプラズマチャンバ１００は、チャンバシールド
１０６によって真空チャンバ壁１０８（図２）の内部に
装着された単一の螺旋コイル１０４を有している。チャ
ンバシールド１０６は、真空チャンバ１０２の内壁１０
８（図２）を、プラズマチャンバ１００の内部に堆積さ
れる材料から保護している。
【００１１】ＲＦ発生器３００（図３）からの高周波
（ＲＦ）エネルギーが、コイル１０４からプラズマチャ
ンバ１００の内部に放射されて、プラズマチャンバ１０
０内のプラズマが付勢される。イオンフラックスが、プ
ラズマチャンバ１００の上方に配置された負にバイアス
をかけられたターゲット１１０に衝突する。プラズマイ
オンは、プラズマチャンバ１００の底部でペデスタル１
１４によって支持されたウェーハや、その他のワークピ
ースである基板１１２上に、ターゲット１１０から材料
を放出させる。ターゲット１１０の上方に設けられた回
転磁石アセンブリ１１６は磁場を生じ、その磁場によっ
てターゲット１１０のスパッタリングによる均一な侵食
を促進するためにターゲット１１０の表面が掃射され
る。
【００１２】以下に更に詳細に説明するように、本発明
の一局面によれば、まずコイル１０４自体をスパッタす
ることによって、コイル１０４から酸化物その他の汚染
物質を除去し、コイル１０４を基板１１２上のターゲッ
ト材料の何れのスパッタにも先立ってコンディショニン
グすることが望ましい。そのような汚染物質は、コイル
からの粒状物質の放出を助長することが分かっている。
ターゲット１１０のスパッタリングに先立ってこれらの
汚染物質を除去することによって、ターゲット１１０か
らコイル１０４上に後に続いて堆積する材料がコイル１
０４に充分良好に結合する傾向があり、コイル１０４か
らの粒子の放出が実質的に低減又は除去される。その結
果、コイル１０４によって放出される粒状物質による基
板１１２の汚染は、後続するターゲットの各スパッタリ
ング中に低減されるであろう。
【００１３】図３は、この説明された実施形態のプラズ
マ発生装置の電気接続の略図である。コイル１０４を適
切にコンディショニングした後にターゲット材料を基板
１１２上にスパッタするために、可変直流電源３０２に
よってターゲット１１０に負のバイアスをかけ、プラズ
マによって発生するイオンを誘引することが望ましい。
同様な方法で、可変直流電源３０４でペデスタル１１４
にバイアスをかけることによって基板１１２に負のバイ
アスをかけ、イオン化した堆積材料を基板１１２へ誘引
してもよい。代替実施形態では、高周波ＲＦ電源でペデ
スタル１１４にバイアスをかけることによって基板１１
２にバイアスをかけ、イオン化した堆積材料をより均一
に基板１１２へ誘引してもよい。更に別の代替実施形態
では、１９９６年７月９日に出願されて本出願の譲受人
に譲渡された、「全面高密度プラズマ物理気相堆積を提
供するための方法（A Method For Providing Full-face
High Dencity Plasma Physical Vapor Deposition）」
(Attorney Docket#1402/PVD/DV)という名称の、同時係
属出願第08/677,588号明細書に記載され、本明細書に全
体として援用されている発明から明らかなように、基板
１１２の外部バイアスを省略してもよい。
【００１４】コイル１０４の一端は、入力部がＲＦ発生
器３００に連結された増幅器およびマッチング回路３０
６の出力部等のＲＦ源に連結されている。コイル１０４
の他端は、好ましくはコンデンサ３０８を介してアース
に連結されており、そのコンデンサ３０８は可変コンデ
ンサであろう。
【００１５】図２は、物理的気相成長（ＰＶＤ）装置の
真空チャンバ１０２に取り付けられたプラズマチャンバ
１００を示している。本発明のプラズマ発生器を説明す
るために、ＰＶＤ装置に関して説明しているが、本発明
によるプラズマ発生器は、プラズマエッチング、化学的
気相堆積（ＣＶＤ）、各種表面処理プロセスを含む、プ
ラズマを利用した他の半導体製造プロセスにおける使用
に適していることは言うまでもない。
【００１６】コイル１０４は、支持チャンバシールド１
０６からコイル１０４を電気的に絶縁している複数のコ
イル隔離部材(coli standoffs) によってチャンバシー
ルド１０６上に装着されている。更に、絶縁用コイル隔
離部材１２０は内部ラビリンス構造を有しており、その
構造によってコイル隔離部材１２０上へターゲット１１
０から導電材料が繰り返して堆積できるようなってお
り、またコイル１０４からチャンバシールド１０６まで
の堆積材料の完全な導通路形成を防止するようになって
いる。そのような完全な導通路は、コイル１０４をチャ
ンバシールド１０６（通常、アースされている）に短絡
させる可能性があるので、望ましくない。
【００１７】ＲＦ電力が、絶縁用フィードスルー隔離部
材１２４によって支持されているフィードスルーボルト
１２２（図２）によりコイル１０４に印加される。適当
な隔離部材の例は、１９９６年５月９日に出願されて本
出願の譲受人に譲渡された「プラズマを発生させるため
の埋込形コイル（Recessed Coil For Generating a Pla
sma）」という名称の、同時係属出願第08/647,182号明
細書(Attorney Docket#1186/PVD/DV)に、より完全に記
載されており、その出願の内容は全体として本明細書に
援用されている。その出願明細書に記載されているよう
に、フィードスルー隔離部材１２４は、コイル支持隔離
部材１２０と同様に、コイル１０４をチャンバシールド
１０６に短絡させる可能性のある導通路を形成すること
なく、フィードスルー隔離部材１２４上にターゲットか
ら導電材料が繰り返して堆積できるようにする。図２に
示すように、コイルフィードスルー隔離部材１２４は、
コイル支持隔離部材１２０と同様に、コイル１０４とシ
ールド壁１２６との間の短絡の形成を防止するための内
部ラビリンス構造を有している。フィードスルー１２２
はマッチング回路３０６（図３に略図を示す）を介して
ＲＦ発生器３００（これも図３に略図を示す）に連結さ
れている。
【００１８】上記のように、コイル１０４によって放射
されたＲＦ電力は、チャンバ内のプラズマを付勢して、
ターゲット１１０からスパッタされたターゲット材料を
イオン化する。イオン化されてスパッタされたターゲッ
ト材料は、次に、イオン化した堆積材料を基板１１２に
誘引するため負の（ＤＣまたはＲＦ）電位にある基板１
１２に誘引される。残念ながら、ターゲット材料は、基
板１１２上だけでなくチャンバのその他すべての露出面
に堆積する傾向がある。これは、ＲＦコイル上に堆積す
る材料に特有の問題となる可能性があり、コイルは、比
較的鋭い曲面であるがゆえに、堆積材料の粒子を基板１
１２の表面に放出する傾向があり、それが基板を汚染す
ることになる。
【００１９】本発明の一局面によれば、粒状物質がコイ
ル１０４によって放出される問題は、基板へのターゲッ
ト材料の正常な堆積中にかなりの量のターゲット材料が
次いでコイル１０４上に堆積する場合であっても、ター
ゲット１１０のスパッタリングに先立ってコイル１０４
をコンディショニングすることによって、実質的に低減
又は除去できることが判明した。より具体的には、新し
い（または再生された）コイル１０４が最初にチャンバ
に取り付けられた場合に、コイル１０４にＲＦ電力を印
加する（但し、ターゲット１１０には殆ど直流電力を加
えない）ことによって、コイル１０４自体がスパッタさ
れ、コイル表面から酸化物やその他の汚染物質を除去で
きることが判明した。正常な堆積時におけるターゲット
材料のコイル１０４への後続する堆積は、ターゲットの
スパッタリングの開始に先立って上記のコイル１０４の
コンディショニングが行なわれない場合よりも、コイル
１０４に対して効果的に結合する傾向があると考えられ
ている。その結果、コイル１０４による粒状物質の放出
が実質的に低減又は除去できることが判明した。
【００２０】図４は、新しいコイル１０４の取付けに続
く典型的なコンディショニングプロセスのステップを示
す。コイル１０４のこのコンディショニングは、プラズ
マを付勢してターゲットからスパッタされる堆積材料を
イオン化するための最初の使用の直前に、１度のみ必要
とされるものと考えられている。しかしながら、適用に
よっては、プロセスの状態によってコイル１０４のその
後のコンディショニングが必要とされる可能性もある。
例えば、コイル１０４がかなりの期間使用されていない
か又は大気に曝されて、コイル１０４の表面に酸化物が
再発生した場合は、コンディショニングプロセスの反復
が適当であろう。また、コイル１０４が清掃や再生のた
めに取り外されたときは、本明細書で記載したように、
堆積材料とイオン化するための最初の使用に先立つコン
ディショニングが再度必要となる。
【００２１】第１ステップ（図４のステップ１で示す）
は、プラズマ前駆物質ガス（できればアルゴン）の流れ
を最初は高い真空状態にあるチャンバに導くことであ
る。図示の実施形態では、アルゴンが６２ｓｃｃ／ｍｉ
ｎ（標準立方センチ／分）の割合でチャンバに導入され
る。同時に、「中間」位置に置かれたゲートバルブを介
してチャンバからガスを吸い出すためにゲートバルブに
よってチャンバに連結された低温ポンプが作動される。
圧力が安定すると、プロセスはステップ「２」に進む準
備ができる。通常のチャンバでは、圧力の安定化に、最
大１８秒が必要であると予想される。
【００２２】１８秒の期間が過ぎると、プロセスはステ
ップ２に進み、そこでＲＦ電力が１５００ワットのレベ
ルまでコイル１０４に印加される。コンポーネントの歪
みを減少させるために、ＲＦ電力を、ゼロレベルから１
５００ワットのフルレベルまで傾斜をつけるように、１
秒間にわたって徐々に増加させることが望ましい。コイ
ル１０４に印加されたＲＦ電力は、コイルによってチャ
ンバ内に放射されて、アルゴンガスをイオン化し、自由
電子およびイオン化アルゴンのプラズマを発生させる。
正に帯電したアルゴンイオンはコイル１０４に誘引さ
れ、ゆえにコイルと衝突させられて、コイルの表面をス
パッタする。その結果、コイル１０４の表面上の酸化物
等の汚染物質は、コイル表面が実質的に汚染物質から解
放されるまでコイルからスパッタされる。図示の実施形
態では、ＲＦ電力はコイルに３０秒間印加される。コイ
ル１０４はこの期間に、汚染物質がないか実質的に存在
しない状態にスパッタされるものと予想される。スパッ
タされた汚染物質は次に基板を汚染する可能性があるの
で、チャンバ内にダミーの基板を置いてペデスタルを覆
い、貴重なワークピースがコンディショニングプロセス
によって損なわれないようにすることが望ましい。
【００２３】ステップ２中、ターゲット１１０のスパッ
タリングを回避するか最小にするために、ターゲット１
１０に直流電力を殆ど又は全く印加しないことが望まし
い。図示の実施形態では、チャンバ内のプラズマの安定
化を促進するために、比較的小量（約１００ワット）の
直流電力がターゲット１１０に印加される。コイル１０
４がコンディショニングのためにスパッタされている間
にターゲット１１０をスパッタすることは、ターゲット
からスパッタされたターゲット材料がコイル１０４上に
堆積してコイル１０４からの汚染物質のスパッタリング
を妨害する可能性があるので望ましくない。しかしなが
ら、ターゲット１１０に印加される１００ワットの直流
電力は、ターゲット１１０を比較的小量（たとえあるに
しても）のスパッタリングし、コイル１０４上に堆積し
た全てのターゲット材料は急速に再スパッタされてコイ
ル１０４から除去されると考えられている。その結果、
正味の効果は、ターゲット１１０からコイル１０４上に
スパッタされた堆積材料があったとしても、コイル１０
４の表面は汚染物質のない状態にスパッタされることで
ある。従って、ターゲットへの直流電力は、コイルのコ
ンディショニング中、５００ワットを超えないことが望
ましい。
【００２４】３０秒後に、コイル１０４のコンディショ
ニングは完了して、コイル１０４へのＲＦ電力とターゲ
ット１１０への直流電力とは、ステップ３Ａに示すよう
にゼロまで降下されるであろう。更に、チャンバの外へ
排気できるようにするため、ゲートバルブを全開位置ま
で開くとともにアルゴンガスの流入が遮断されるであろ
う。次に清掃サイクルを開始して、チャンバを、実際の
基板へのターゲット材料の最初のスパッタ堆積に備える
ようにしてもよい。適用によっては、その代わりに、ス
パッタされたターゲット材料を堆積させるために、コイ
ルのコンディショニングステップ（ステップ２）の完了
の直後に、最初の実際の基板をチャンバに挿入してもよ
い（ステップ３Ｂ）。
【００２５】図２に最も分りやすく示すように、本実施
形態のプラズマチャンバ１００は、負にバイアスをかけ
られた上方のターゲット１１０に対して接地面を提供す
る暗黒部(dark space)シールドリング１３０を有する。
適切なシールドリングの例は、前記同時係属出願第08/6
47,182号明細書により詳細に説明されている。同出願に
記載されているように、シールドリング１３０はターゲ
ットの外縁をプラズマから保護して、ターゲット外縁の
スパッタリングを抑えている。暗黒部シールド１３０
は、ターゲット１１０からスパッタされる材料からコイ
ル１０４（およびコイル支持隔離部材１２０とフィード
スルー隔離部材１２４）を保護するように配置されてい
る点で、更に別の機能を果たしている。
【００２６】図示の本実施形態で暗黒部シールド１３０
は、通常逆円錐台形の（反磁性）チタンまたは（非強磁
性）ステンレス鋼または（非磁性）ニッケル製の閉じた
連続リングである。暗黒部シールドは、コイル１０４に
１／４インチ（６．３５ｍｍ）の距離だけオーバーラッ
プするように、プラズマチャンバ１００の中心方向に内
方に延びている。当然のことながら、オーバーラップの
量は、コイル１０４の相対的サイズと配置およびその他
の要因によって変更することができる。例えばオーバー
ラップを増加して、スパッタされる材料からのコイル１
０４のシールドを増加させてもよいが、オーバーラップ
の増加は、更にターゲット１１０もプラズマからシール
ドするかもしれないので、適用によっては望ましくない
であろう。
【００２７】チャンバシールド１０６は、通常ボウル形
をなすとともに通常円筒形の垂直方向壁１４０を含み、
その壁には隔離部材１２０、１２４が取り付けられてコ
イル１０４を絶縁状態で支持している。シールドは更
に、環状の床壁１４２を有しており、その床壁は、図示
の実施形態では、直径８インチの基板１１２を支持する
チャックまたはペデスタル１１４を取り囲んでいる。ク
ランプリング１５４は、ウェーハをチャック１１４にク
ランプして、チャンバシールド１０６の床壁１４２とチ
ャック１１４の間の隙間をカバーしている。かくして、
図２から明らかなように、チャンバシールド１０６はク
ランプリング１５４とともに、真空チャンバ１０２の内
部をプラズマチャンバ１００内の基板１１２上に堆積す
る堆積材料から保護している。前述の、１９９６年７月
９日に出願された、「全面高密度プラズマ物理気相堆積
を提供するための方法（A Method For Providing Full-
faceHigh Dencity Plasma Physical Vapor Depositio
n）」(Attorney Docket#1402/PVD/DV)という名称の、同
時係属出願第08/677,588号明細書により完全に記載され
ているように、クランプリングを除去してもよい。チャ
ンバシールド１０６は、暗黒部シールド１３０と同様
に、（反磁性）チタンまたは（非強磁性）ステンレス鋼
または（非磁性）ニッケルから作られることが好まし
い。
【００２８】真空チャンバ壁１０８は上部環状フランジ
１５０を有している。プラズマチャンバ１００は、真空
チャンバ壁フランジ１５０と係合するアダプタリングア
センブリ１５２によって支持されている。チャンバシー
ルド１０６は水平に延びる外部フランジ部材１６０を有
しており、このフランジ部材は、複数の締付けねじ（図
示せず）によって、アダプタリングアセンブリ１５２の
水平に延びるフランジ部材１６２に固定されている。チ
ャンバシールド１０６は、アダプタリングアセンブリ１
５２を介して装置のアースに接地されている。
【００２９】暗黒部シールド１３０は、アダプタリング
アセンブリ１５２の水平フランジ１６２に固定されてい
る上部フランジ１７０も有している。暗黒部シールド１
３０は、チャンバシールド１０６と同様に、アダプタリ
ングアセンブリ１５２を介してアースされている。
【００３０】ターゲット１１０は通常ディスク形で、ア
ダプタリングアセンブリ１５２によって支持されてい
る。しかしながら、ターゲット１１０は負にバイアスを
かけられるので、アースされているアダプタリングアセ
ンブリ１５２から絶縁されていなければならない。従っ
て、ターゲット１１０の下側に形成されているチャネル
１７６にはセラミック絶縁リングアセンブリ１７２が着
座し、そのアセンブリもアダプタリングアセンブリ１５
２の上側の対応チャネル１７４に着座している。セラミ
ックを含む様々な絶縁材料から作られている絶縁リング
アセンブリ１７２によって、ターゲット１１０は、充分
に負にバイアスをかけられるように、アダプタリングア
センブリ１５２から離間されている。ターゲット、アダ
プタ、およびセラミックリングアセンブリにはＯリング
シール面１７８が設けられており、真空チャンバフラン
ジ１５０からターゲット１１０までの真空密のアセンブ
リを提供している。
【００３１】上述の本発明の実施形態は、、チタンおよ
び窒化チタン等のチタン-窒素化合物に関連して主に説
明したが、堆積面が剥離する傾向を有する全ての薄膜の
堆積に、本発明によってコンディショニングされたコイ
ルその他の表面の使用によって有益がもたらされるであ
ろうことは言うまでもない。
【００３２】説明した実施形態のコイル１０４は、直径
１２〜１４インチ（３０４．８〜３５５．６ｍｍ）の３
回巻螺旋コイルの形状を有する２インチ（５．０８ｍ
ｍ）×１／８インチ（３．１７５ｍｍ）の強力ビード吹
き(heavy duty bead blasted)固体高純度（純度９９．
９９５％が望ましい）チタンまたは銅リボンから作られ
ている。しかし、スパッタされる材料およびその他の要
因によっては、他の高導電材料や形状を利用してもよ
い。例えば、リボンは１／１６インチ（１．５９ｍｍ）
の薄さで、ステンレス鋼製であってもよい。また、スパ
ッタされる材料がアルミニウムの場合は、ターゲットと
コイルの両者を高純度アルミニウムで製造しなければな
らない。材料をコイル１０４からスパッタすると同時に
同一タイプの材料をターゲット１１０からスパッタし
て、堆積の均一性を向上することもできるが、これは、
１９９６年７月１０日に出願された、「プラズマの発生
とスパッタリングのためのコイル（Coils for Generati
ng a Plasma and for Sputtering）」という名称の同時
係属出願第08/680,335号明細書(Atty. Docket#1390CIP/
PVD/DV)に記載されている。図示のリボン形状に加え
て、特にウェーハ冷却が望ましい場合は、中空チューブ
を利用してもよい。
【００３３】適用によっては、図２の実施形態の暗黒部
シールド１３０と同じ働きをさせるために、コイル１０
４に隣接してシールド１０６の背後に電磁石を設けても
よい。より詳細には、１９９６年１０月１７日に出願さ
れた、「ＩＣＰ源におけるコイルスパッタリングを除去
する方法（A Method to Eliminate Coil Sputteringin
ICP Source）」という名称の、同時係属出願第
号明細書(Atty.Docket#1457/PVD/DV)に記載された
ように、ターゲットスパッタリング中に作用する磁石か
らの磁力線(magnetic field lines)が、コイル１０４
を、限定的に、ターゲット１１０から放出される堆積材
料から磁気的にシールドできる。更に、上記のように、
磁力線は、高密度プラズマから付勢される電子を、コイ
ル１０４およびコイル１０４の周囲から離してアースチ
ャンバシールド１０６の方向に偏向させることができ
る。これによって、付勢電子が、コイル１０４のすぐ近
傍に滞留し、基板１１２を引き続き汚染する可能性があ
るコイル１０４からの材料をスパッタするかもしれない
前駆物質ガスの原子と分子をイオン化することを防止す
る。
【００３４】上記で検討した実施形態では、多回巻(mul
tiple turn) コイル１０４を記載たが、もちろん、代わ
りに単巻コイルを使用してもよい。更に、図示のリボン
形コイル１０４の代わりに、コイル１０４の各巻(turn)
を、平らな、開放端を持つ環状リングで実施してもよ
く、これは、１９９６年７月１０日に出願された、「プ
ラズマの発生とスパッタリングのためのコイル（Coils
for Generating a Plasma and for Sputtering）」とい
う名称の同時係属出願第08/680,335号明細書(Attorney.
Docket#1390CIP/PVD/DV)に記載されており、この内容
は引用して本明細書に全体として援用されている。
【００３５】上記で検討した各実施形態は、プラズマチ
ャンバ内で単一コイルを利用した。本発明が、１つ以上
のＲＦ駆動コイルまたはＲＦ駆動シールドを有するプラ
ズマチャンバに適用できることは言うまでもない。例え
ば、本発明を、「プラズマ中にヘリコン波を発射するた
めの方法と装置（Method and Apparatus for Launcing
a Helicon Wave in a Plasma）」という名称の、１９９
５年１１月１５日に出願された、上記の同時係属中の特
許出願第08/559,345号明細書に記載されているタイプの
ヘリコン波発射用の多重コイルチャンバに適用してもよ
い。
【００３６】適切なＲＦ発生器とマッチング回路は当業
者にとっては周知のコンポーネントである。例えば、マ
ッチング回路とアンテナに対する最良の周波数マッチの
ための「周波数追跡」の能力を有する ENI Genesis シ
リーズ等のＲＦ発生器が適当である。コイル１０４にＲ
Ｆ電力を発生させる発生器の周波数は、２ＭＨｚが望ま
しいが、その範囲は、例えば１ＭＨｚ〜４ＭＨｚで変更
できると予想される。ＲＦ電力の設定は１．５ｋＷが望
ましいが、１．５〜５ｋＷの範囲でも充分である。更
に、ターゲット１１０にバイアスをかけるための直流電
力設定は５ｋＷが望ましいが、２〜１０ｋＷ範囲で直流
３０Ｖ以下のペデスタル１１４バイアス電圧で十分であ
る。コイルのコンディショニングの間は、コイルＲＦ電
力対ターゲット直流電力の比は１０以上が望ましい。
【００３７】上記の実施形態では、チャンバシールド１
０６の直径は１６（４０６．４ｍｍ）インチだが、直径
６〜２５インチ（１５２．４〜６３５ｍｍ）インチで満
足すべき結果が得られるものと予想される。シールド
は、セラミックや石英等の絶縁材料を含む様々な材料か
ら製造可能である。しかしながら、ターゲット材料でコ
ーティングされるであろう全ての金属表面およびシール
ドは、スパッタされるターゲット材料と同一材料で作ら
れているのでない限り、ステンレス鋼か銅等の材料で作
られていることが望ましい。コーティングされる構造体
の材料は、シールドまたはその他の構造体からウェーハ
上に剥離するスパッタされた材料を低減するために、ス
パッタされる材料と密接に合致する熱膨張係数を有しな
ければならない。更に、コーティングされる材料は、ス
パッタされる材料に対して良好な密着性を有していなけ
ればならない。従って、例えば堆積する材料がチタンの
場合は、シールド、ブラケット、およびコーティングさ
れる可能性のある他の構造体の材料の好ましい金属は、
ビード吹きチタン(bead blasted titanium)である。ス
パッタされる可能性の大きい表面、例えばコイルのエン
ドキャップやフィードスルー隔離部材は、ターゲットと
同一タイプの材料、例えば高純度チタンで製作するのが
望ましいだろう。もちろん、堆積する材料がチタン以外
の材料の場合、好ましい金属は、堆積される材料、例え
ばステンレス鋼である。密着性は、ターゲットのスパッ
タリングに先立ってモリブデンで構造体をコーティング
することによっても改善される。しかしながら、モリブ
デンはコイルからスパッタされるとワークピースを汚染
する可能性があるので、コイル（またはスパッタされる
であろう全ての他の表面）は、モリブデンその他の材料
でコーティングさていないことが望ましい。
【００３８】ウェーハからターゲットまでの間隔は、約
１４０ｍｍ（約５．５インチ）が望ましいが、約１．５
インチ（３８．１ｍｍ）〜８インチ（２０３．２ｍｍ）
でもよい。このウェーハからターゲットまでの間隔に対
して、ターゲットから１．９インチ（４８．２６ｍｍ）
の距離だけ間隔を空けた直径１１．４インチ（２８９．
５６ｍｍ）のコイルで、満足すべきステップウェーハボ
トムカバレッジ(stepped wafer bottom coverage) が達
成された。コイルをワークピースの縁から離間させるコ
イル直径の増加は、ボトムカバレッジに対して悪影響を
及ぼすことが判明している。他方、コイルをウェーハの
縁に近付けるようにコイル直径を減少させることは、層
の均一性に悪影響を及ぼす場合がある。
【００３９】堆積の均一性も、ターゲットからのコイル
の間隔の関数であると思われる。前記のように、コイル
とターゲット間の間隔は、ターゲットからウェーハまで
の間隔が１４０ｍｍの場合に対して、１．９（４８．２
６ｍｍ）インチが満足する結果を有することが判明し
た。コイルをターゲット（またはウェーハ）に垂直方向
で近付けても離間させても、堆積層の均一性に悪影響を
与える。
【００４０】Ａｒ、Ｈ2 、Ｏ2 、またはＮＦ3 、ＣＦ4
等の反応性ガス、およびその他多数を含む様々な前駆物
質ガスを利用してプラズマを発生させることができる。
０．１〜５０ミリTorr の圧力を含む様々な前駆物質ガ
ス圧力が適当である。イオン化ＰＶＤに関しては、１０
〜１００ミリTorrの圧力が、スパッタされる材料の最良
のイオン化のために望ましい。
【００４１】もちろん言うまでもないことだが、本発明
の、様々な局面における変形は当業者には自明であり、
検討後に初めて明らかとなるものもあれば、通常の機械
的、電子的設計事項のものもある。他の実施形態も可能
であり、その具体的な設計はその適用の態様によって定
まる。従って、本発明の適用範囲は、本明細書の特定実
施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範
囲ならびにそれらと同等の仕様のみによって定義される
ものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるプラズマ発生チャンバ
の部分断面斜視図である。
【図２】図１のプラズマ発生チャンバの部分断面図で、
真空チャンバ内に取り付けられた状態を示した図であ
る。
【図３】図１〜図２のプラズマ発生チャンバの電気的相
互接続の略図である。
【図４】図１のチャンバのコイルをコンディショニング
するためのプロセスを示したチャートである。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体製造システム内でプラズマを付勢
    してワークピース上にターゲットから材料をスパッタす
    るためのコイルをコンディショニングする方法であっ
    て、 前駆物質ガスをイオン化するための前記コイルにＲＦ電
    力を加えること、および前記コイルから汚染物質を除去
    するために前記コイルをスパッタすること、を備える方
    法。
  2. 【請求項２】 半導体製造システム内でプラズマを付勢
    してワークピース上にターゲットから材料をスパッタす
    るためのコイルをコンディショニングする方法であっ
    て、 前駆物質ガスを提供すること、および前記コイルから汚
    染物質を除去するために、前記前駆物質ガスをイオン化
    するための前記コイルにＲＦ電力を加えて、前記コイル
    の正味のスパッタリングを提供すること、を備える方
    法。
  3. 【請求項３】 バイアス用電力を、前記ターゲットから
    スパッタされて前記コイル上に堆積したすべての材料を
    前記コイルから確実に再スパッタするに足る程度の低レ
    ベルで、前記ＲＦ電力印加ステップ中に、前記ターゲッ
    トに印加することを更に備える請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 コイルＲＦ電力対ターゲットバイアス用
    電力の比が１０より大きい請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 前記コイルＲＦ電力が０．１〜１０ｋＷ
    の範囲にあり、前記ターゲットバイアス用電力が０〜５
    ００Ｗの範囲にある請求項３の方法。
  6. 【請求項６】 前記コイルＲＦ電力が約１５００Ｗで、
    前記ターゲットバイアス用電力が約１００Ｗである請求
    項５の方法。
  7. 【請求項７】 ターゲットからワークピース上に材料を
    スパッタするための方法であって、 プラズマを形成するように前駆物質ガスをイオン化する
    ためのコイルに、第１のＲＦ電力を加えること、 前記コイルをスパッタして前記コイルから汚染物質を除
    去すること、 前記汚染物質が前記コイルからスパッタされた後、ター
    ゲット材料をワークピースの方向にスパッタして前記タ
    ーゲットをスパッタすること、および前記ワークピース
    上にターゲット材料が堆積する前に、前記スパッタされ
    たターゲット材料をイオン化するように前記コイルにプ
    ラズマを付勢するための第２のＲＦ電力を加えること、
    を備える方法。
  8. 【請求項８】 バイアス用電力を、前記ターゲットから
    スパッタされて前記コイル上に堆積したすべての材料を
    前記コイルから確実に再スパッタするに足る程度の低レ
    ベルで、前記コイルスパッタリングステップ中に、前記
    コイルスパッタリングステップ中に、前記ターゲットに
    印加するステップを更に有する請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 前記第１のコイルＲＦ電力対ターゲット
    バイアス用電力の比が１０より大きい請求項３の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１のコイルＲＦ電力が０．１〜
    １０ｋＷの範囲にあり、前記ターゲットバイアス用電力
    が０〜５００Ｗの範囲にある請求項３の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第１コイルＲＦ電力が約１５００
    Ｗで、前記ターゲットバイアス用電力が約１００Ｗであ
    る請求項５の方法。
  12. 【請求項１２】 半導体製造システム内でプラズマを付
    勢してワークピース上に材料をスパッタするための装置
    であって、 内部にプラズマ発生領域を有する半導体製造チャンバ、
    および前記チャンバに支えられると共に、前記プラズマ
    発生領域内にエネルギーを結合するように配置され、実
    質的に汚染物質の存在しないスパッタされた表面を有す
    るコイル、 を備える装置。
  13. 【請求項１３】 チタンを含むターゲットを含み、前記
    コイルはチタンを含む請求項１２の装置。
  14. 【請求項１４】 アルミニウムを含むターゲットを含
    み、前記コイルはアルミニウムを含む請求項１２の装
    置。
JP9336260A 1996-10-31 1997-10-30 スパッタリングチャンバにおける粒状物質の発生を抑制する方法 Withdrawn JPH10212576A (ja)

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